espectrofotometria molecular, Apuntes de Química

¡Descarga espectrofotometria molecular y más Apuntes en PDF de Química solo en Docsity!

CAPÍTULO X

ESPECTROSCOPÍA

MOLECULAR

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

E S P E C T R O S C O P I A M O L E C U L A R

Uno de los métodos fisicoquímicos más empleados en análisis es el de la medida de absorción o emisión de radiación electromagnética. La espectroscopía es una ciencia que estudia las interacciones que suceden entre la radiación y la materia. Generalmente, el análisis es muy rápido, una vez que se ha establecido el método, a no ser que se requiera tratamiento previo para eliminar interferencia. El método es, por tanto, muy cómodo para medidas repetidas de un mismo analito, como sucede en la rutina del análisis de control. Además, es aplicable a la determinación exacta de cantidades de analitos mucho menores que con los métodos gravimétricos o volumétricos; por esta razón es de mucha utilidad para el análisis de trazas. Con frecuencia es un método no destructivo de la muestra. Los métodos espectrométricos tienen tal importancia, que son los más utilizados en casi todos los laboratorios industriales, de análisis de alimentos y agronómicos. Las técnicas espectrales empleadas se basan en el conocimiento de la naturaleza de la radiación electromagnética y sus propiedades, así como de los fenómenos que se producen al interaccionar luz y materia. Las técnicas espectrales más habituales son: a. Espectroscopía Molecular: Absorción en Ultravioleta (UV), Visible (V) e Infrarrojo (IR) b. Espectroscopia Atómica: Absorción Emisión (Fotometría de llama)

Naturaleza de la radiación electromagnética La radiación electromagnética también denominada energía radiante, es una clase de energía que se transmite por el espacio a enormes velocidades. La luz y otras formas de energía radiante parecen tener naturaleza dual. La radiación electromagnética puede considerarse como una onda que viaja a la velocidad de la luz. Parámetros ondulatorios:  Longitud de onda (  ): es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas por ejemplo, sucesivos máximos o mínimos. Esta distancia se expresa, según el Sistema Internacional de Unidades (SI), en nanómetros (nm, 10-^9 m) Se pueden encontrar otras unidades, ya obsoletas, que serían angstroms ( (^) A^0 ) y milimicras (m) La relación entre estas medidas es: 1 nm = 1 m = 10A

0 = 10-9^ m

 Frecuencia (  ): Es el número de oscilaciones en el campo o ciclos por segundo. Es inversa a la longitud de onda.

Siendo: c = velocidad de la luz

 Número de onda  , es el inverso de la longitud de onda en cm (1/). Por lo tanto, la

unidad para  es cm-1. El número de onda se usa mucho en espectroscopía infrarroja.

Es una unidad útil porque, al revés que la longitud de onda, es directamente proporcional a la frecuencia y a la energía de la radiación. Así pues se puede escribir:

 Potencia ( P) de la radiación es la energía en watts (W) del haz que llega a un área dada por segundo, mientras que la intensidad ( I ) es la potencia por unidad de ángulo sólido.

 k

c

donde la constante de proporcionalidad k depende del medio y es igual a la inversa de la velocidad.

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

El ojo humano responde a radiación electromagnética entre los 380-780 nm aproximadamente (V), pero actualmente disponemos de instrumentos que suplen nuestra limitación, y permiten la medida de radiaciones de longitudes de onda mayores (IR) y menores (UV). La sensación de color es la respuesta a una serie de estímulos combinados físicos, químicos y biológicos de ciertas partes de la retina del ojo para la radiación electromagnética a determinadas longitudes de onda. La colorimetría se emplea para designar la medida de la fracción de “luz blanca” de una lámpara incadescente que pasa a través de un medio líquido o en disolución.

Tabla 1. Descomposición del espectro visible en colores y sus complementarios Longitud de onda Color absorbido Color complementario 340 - 430 430 - 475 475 - 495 495 - 505 505 - 555 555 - 575 575 - 600 600 - 620 620 - 700

Violeta Azul Verde-azul Azul-verde Verde Verde-amarillo Amarillo Naranja Rojo

Amarillo-verdoso Amarillo Naranja Rojo Púrpura Violeta Azul Azul-verde Verde-azul

Fenómenos de interacción entre luz y materia En la espectroscopía se utilizan estas interacciones entre la luz y la materia a fin de obtener información sobre el analito presente en una muestra. Esta última puede estimularse ya sea aplicando energía en forma de calor, de electricidad, de luz, de partículas o sometiéndola a alguna reacción química. Antes de aplicar cualquiera de estos estímulos, el analito está predominantemente en su nivel más bajo de energía o estado fundamental o estado basal. El estímulo induce una transición de algunas especies del analito a un estado de energía superior o estado excitado. Como resultado de esto se producen, entre otros, fenómenos de absorción o emisión energética. a) Proceso de absorción: cuando una partícula, que se encuentra en “estado de reposo” o “estado fundamental” , interacciona con un haz de luz, absorbe energía, y pasa a lo que se denomina “estado excitado”. La partícula en estado excitado tiende a regresar espontáneamente a su estado fundamental, desprendiendo la energía absorbida en forma de calor. Este fenómeno puede representarse de la siguiente manera:

Cada especie absorbente (cromógeno) tiene lo que se llama un “espectro de absorción característico”. Al gráfico que resulta de representar en un eje de coordenadas Absorbancia (ordenadas) frente a longitud de onda (abscisas), es a lo que llamamos espectro de absorción. Se necesita una radiación de energía más alta para que se efectúen transiciones electrónicas (cambios) que la necesaria para que se efectúen transiciones rotacionales o vibracionales.

Aº = absorbente en estado fundamental A* = absorbente en estado excitado h . = E = energía del fotón absorbido h = constante de Planck = frecuencia de la radiación

Aº + h.   A*  Aº + calor

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

b) Proceso de emisión: algunos compuestos tienen la propiedad, tras ser excitados, de retornar a su estado fundamental, produciendo una emisión de energía electromagnética. La luz emitida se puede medir, y ello constituye el principio de algunas técnicas, como la Fotometría de llama , o la Fluorescencia. Este fenómeno puede representarse de la siguiente manera:

La energía radiante emitida cuando el analito regresa a su estado basal, puede dar información sobre la naturaleza del mismo y de su concentración.

Ley de absorción En la Figura 2 se representa un haz de radiación paralela, antes y después de haber atravesado una capa de b cm de grosor de una solución de una especie absorbente de concentración c. La flecha más grande en el rayo incidente significa que la energía radiante es mayor que la transmitida por la solución. b

Fig. 2 Atenuación de un haz de radiación por una solución absorbente.

Como puede verse, debido a las interacciones que suceden entre los fotones y las partículas absorbentes, la absorción de la radiación atenúa, es decir disminuye la energía, del rayo incidente desde P 0 hasta P.  Transmitancia, T : es la fracción de radiación incidente transmitida por la solución. A menudo, se expresa la transmitancia como un porcentaje.

 Absorbancia, A: es una medida que relaciona en forma logarítmica la radiación incidente y la que emite la muestra. Esto es:

La relación logarítmica entre A y %T se traduce en dos escalas: %T  va de 0 a 100 A  va de 2 a 0 En la práctica se emplea, en lugar del valor de Transmitancia, el de Absorbancia (A), ya que la relación entre la concentración de una solución y su Transmitancia es inversa y

Aº + h.  1  A*  Aº + h.  2

Aº = absorbente en estado fundamental A* = absorbente en estado excitado h.  1 = E 1 = energía de excitación h.  2 = E 2 = energía de emisión

Solución absorbente de concentración c

P 0 P

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

 La luz es transmitida por otros mecanismos (luz errática, o luz monocromática que llega al detector). Esta radiación se denomina parásita.  Si hay interferentes (otros cromógenos absorben también a esa longitud de onda).

Medición de la transmitancia y de la absorbancia La transmitancia y la absorbancia, no pueden medirse directamente en el laboratorio, porque la solución de analito debe colocarse en alguna clase de recipiente transparente, o cubeta. Además, la atenuación del haz puede producirse por dispersión debida a moléculas grandes, y a veces por absorción en las paredes del recipiente. Para evitar interacciones por parte del solvente o de la cubeta, y considerar así sólo la absorción del compuesto de interés, hay que hacer una primera medida con una solución de referencia o blanco , que contiene todos los posibles compuestos que participan en la lectura, menos el compuesto a medir. Todas las medidas que se hagan con posterioridad serán referidas a esta medida inicial y se deben hacer en la misma cubeta que se utilizó para la medida del blanco.

Como muestra la Figura 4, los fotómetros y espectrofotómetros manuales suelen ir provistos de una pantalla que tiene una escala lineal que va de 0 a 100% de T. Para que la lectura directa del instrumento se haga en tanto por ciento de transmitancia, se realizan dos ajustes iniciales, denominados ajuste de corriente oscura o del 0% de T, y ajuste del 100% de T. El ajuste del 0% de T se realiza bloqueando la llegada de radiación al detector por medio de un obturador mecánico. En ausencia de radiación muchos detectores presentan una pequeña corriente oscura; por tanto, el ajuste del 0% de T supone la aplicación de una señal opuesta de tal magnitud, que dé una lectura cero en la escala.

El ajuste del 100 % de T se realiza con el obturador abierto y con el disolvente o blanco de reactivos en la trayectoria de la luz. Este ajuste se lleva a cabo de tal forma que dé exactamente una lectura en la escala del 100 % de T. En efecto, esta etapa sirve para ajustar a 100 el valor de P 0. Por lo tanto, cuando la cubeta del disolvente se reemplaza por una conteniendo la muestra, la escala indica la forma directa el tanto por ciento de transmitancia. Obviamente, tal como se muestra es la Fig. 4, en el dispositivo de la lectura se puede marcar también una escala de absorbancia que va de 0 a 2. Tal escala no será lineal a menos que la señal de salida se transforme en una función logarítmica. Los instrumentos modernos traen escalas lineales de absorbancia y algunos tienen una computadora que calcula la absorbancia a partir de las mediciones.

Fig.4. Escala de un fotómetro barato.

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

Métodos de medición de luz transmitida.

El operador visual no puede recordar matices o intensidades, así que debe comparar la luz transmitida por dos soluciones, una junto a la otra, con los tubos de Nessler; los cuales pueden ser observados por la parte superior.

 Método de la Serie Estándar.

1. Se llenan varios tubos de Nessler hasta la marca, con soluciones que contienen diversas cantidades conocidas del componente que se busca.
2. Se prepara el problema y se hace una comparación de su color con los colores de las soluciones conocidas, observando todos los tubos verticalmente con la misma fuente de luz.
3. Cuando el color de una solución problema es igual al de uno de los estándares, se considera que su concentración es la misma que la de ese estándar.
4. Cuando se encuentra que el color cae entre los colores de dos soluciones estándar, se puede preparar una nueva serie de estándares cuyo color se acerque más al del problema, o bien se puede estimar la concentración del problema.

 Colorímetro de Duboscq. Pone en forma paralela la luz transmitida por dos soluciones, de manera que ambas puedan ser observadas por un solo ojo. De esta manera, se puede observar que cualquier diferencia en matiz o intensidad produce una línea de separación entre las dos mitades de un círculo. El colorímetro proporciona un procedimiento cómodo de comparar colores y de medir con exactitud la profundidad de ambas soluciones, la conocida y el problema. Se supone que dos soluciones cuyo haz de luz transmitida tiene el mismo color, contienen cantidades iguales del componente buscado. En estas condiciones se tiene: Cs es la concentración de la solución estándar, Cu es la concentración de la solución problema, Ds es la profundidad de la solución estándar, y Du es la profundidad de la solución problema.

Cu Du = Cs Ds  Cu = Cs Ds / Du

 Espectrofotometría. La espectrofotometría difiere de la colorimetría en que la absorbancia de una solución o sustancia se determina con únicamente una longitud de onda de luz transmitida y medida. En la práctica más que una sola longitud de onda se utiliza una luz con una intervalo definido de longitudes de onda. Con un espectrofotómetro, los pasos básicos de un análisis son siempre los mismos. Pequeñas variaciones en cada uno y, a veces, la operatoria de instrumentos diferentes, pueden alterar ligeramente los detalles del procedimiento.

Curva de calibración :

1. Preparar una serie de soluciones del analito a partir de una droga de calidad garantizada. La concentración debe ser tal que el valor de la absorbancia a la longitud de onda en la cual la absortividad es máxima, caiga entre 0,3 y 0,7 unidades de A.

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

c) Una rejilla de difracción con aberturas , la cual funciona como el dispositivo del prisma.rendija de entrada y salida.

• Selector de longitud de onda.
• Cubeta destinada a contener la muestra.
• Detector de energía radiante.
• Presentación de datos.

Tipos de aparatos En base al sistema selector de longitud de onda, los aparatos se clasifican en dos tipos:

• Fotómetros : emplean filtros, obteniendo luz monocromática a longitudes de onda discretas.
• Espectrofotómetros : emplean monocromadores, del tipo de prismas o redes de difracción, obteniendo luz monocromática en un intervalo contínuo de longitudes de onda. Según la disposición de los componentes fotométricos, se pueden clasificar en espectrofotómetros de haz simple o de doble haz. Constan esquemáticamente de los componentes antes mencionados: la luz emitida pasa a través de un monocromador que seleccionará la longitud de onda deseada; unas rendijas de entrada y salida consiguen que el haz de luz sea estrecho, y evitan la luz difusa; la luz pasa a través de la cubeta, donde se produce el proceso de absorción; la luz no absorbida es transmitida al detector, que convierte la energía radiante en energía eléctrica, que es registrada en un lector.

Al trabajar con estos aparatos, es necesario un ajuste inicial a 0 por 100 de transmitancia, que se consigue sustituyendo la cubeta por un sistema que no deje pasar la luz hasta el detector. A continuación se hace un blanco, colocando una cubeta con todos los componentes de la solución de trabajo exceptuando el cromógeno y haciendo un ajuste a 100 por 100 de transmitancia. Se hacen lecturas de estándares (soluciones de concentración conocida) y a continuación las de las soluciones problemas por comparación con los estándares.

Espectrofómetro de doble haz Se clasifican como tales en el espacio y en el tiempo. a) Espectrofotómetros de doble haz en el espacio: Todos los componentes están duplicados menos la lámpara. Dos haces de luz pasan al mismo tiempo a través de los diferentes componentes separados en el espacio. Esta disposición compensa las variaciones de intensidad de la fuente de energía radiante y también las variaciones de absorbancia a medida que se varía la longitud de onda de lectura en una operación de barrido ( Figura 19.7).

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

b) Espectrofotómetros de doble haz en el tiempo: Normalmente utilizan los mismos componentes que un instrumento de haz simple. Dos haces de luz pasan a través de los mismos componentes, pero no en el tiempo. Emplean un “chopper”, consistente en un interruptor rotativo del haz luminoso (es una rueda giratoria con secciones plateadas y rendijas alternas) colocado a continuación de la rendija de salida. Un sistema de espejos dirige la porción de luz reflejada por el chopper a través de una cubeta de referencia y de ahí al detector común. El detector ve alternativamente el haz de luz procedente de la muestra y el de referencia. Esta disposición compensa la variación de la fuente de energía radiante, así como las variaciones de sensibilidad del detector (Figura 19.8).

Componentes  Fuente de energía radiante La misión de la fuente de energía es proporcionar energía radiante en forma de luz visible o no visible. Existen distintas lámparas que emiten en distintas zonas del espectro visible y UV.  Lámparas de filamento de tungsteno: Se utilizan habitualmente como fuentes de radiación para longitudes de onda del espectro visible y UV próximo; son fuente de un espectro continuo de energía radiante entre 360 y 950 nm.  Lámparas de filamentos de haluros de tungsteno: Son de mayor duración, producen más luz a longitudes de onda cortas, y emiten energía radiante de mayor intensidad que las de filamento de tungsteno. Se emplean frecuentemente las de yoduro de tungsteno.  Lámparas de hidrógeno y deuterio: Producen un espectro continuo en la región UV (220 a 360 nm). Se emplean para medidas en este región del espectro, siendo más usada la de deuterio, de mayor intensidad que la de hidrógeno.  Lámparas de vapores de mercurio: Emiten un espectro discontinuo o “espectro de líneas” (313, 365, 405, 436 y 546 nm). Son muy útiles para propósitos de calibración de longitudes de onda, pero no son utilizadas en muchos espectrofotómetros. Se emplean en espectrofotómetros para cromatografía HPLC. Consideración práctica: Es importante tener en cuenta que la cantidad de luz emitida por una lámpara no es constante en un intervalo continuo de longitudes de onda, presentando máximos y mínimos, propiedad que varía en los diferentes tipos de lámparas, e incluso con los diferentes fabricante; esto nos llevará a buscar siempre el tipo de lámpara que resulte más adecuado en la práctica para los análisis que queremos realizar. Conviene tener también en cuenta que las lámparas sufren con las subidas y bajadas bruscas de tensión, que se traducen en cambios en las lecturas de absorbancias, y que la lámpara tiene una vida limitada, haciéndose necesaria su vigilancia para el buen funcionamiento del instrumento.

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

Los monocromadores son capaces de dar bandas espectrales mucho más estrechas que los filtros, y tienen la ventaja adicional de poderse ajustar fácilmente dentro de una amplia zona del espectro. El elemento dispersante de la luz puede ser un prisma o un red de difracción. Prismas. Son fragmentos con forma de cuña, de vidrio, cuarzo, cloruro sódico o cualquier otro material que permita la transmisión de la luz. Debido a la variación del índice de refracción en función de la longitud de onda, la luz que penetra en el prisma se dispersa en mayor o menor medida según la longitud de onda de la luz. La dispersión de la luz no es lineal, es decir, se hace cada vez menor a medida que se acortan las longitudes de onda. Cuando se pretende trabajar en la zona visible del espectro y en la UV próxima, se pueden utilizar primas de vidrio, pero para trabajar en el UV lejano, han de ser de cuarzo. Redes de difracción. Consisten en un gran número de líneas (hendiduras) paralelas, situadas a distancias iguales entre sí, trazadas sobre un vidrio o una superficie metálica. Cuando incide la luz blanca sobre ella, cada hendidura se comporta como un pequeño prisma: la luz se refleja o atraviesa la red de manera que la luz blanca se descompone en varios colores. Parámetros de los sistemas de selección de longitud de onda

Con excepción de los mecanismos ópticos láser, la luz obtenida con cualquier sistema selector de longitud de onda no es verdaderamente monocromática, sino que comprende un intervalo de longitudes de onda.

Es un sistema selector de longitudes de onda con una anchura igual para las rendijas de entrada y salida; la luz que emerja de la rendija de salida se representa por un triángulo isósceles y se definen varios parámetros (Figura 19.9) :

Ancho de banda. Es el intervalo de longitudes de onda que pasan a través de la rendija de salida de un mecanismo selector de longitudes de onda.

Longitud de onda nominal de una haz de luz. Es la longitud de onda en la que se halla el máximo de intensidad de luz. Se emplea para definir los filtros.

Ancho de banda nominal. Corresponde a aquellas longitudes de onda centradas sobre la longitud de onda máxima, que transmite el 75 por 100 del total de luz presente en el haz emergente. Describe el grado de monocromaticidad de un monocromador.

El grado de monocromaticidad de un monocromador puede variar. En los monocromadores, la rendija de entrada enfoca la luz sobre el prisma o red de difracción, sobre el cual será dispersada. La rendija de salida determina el ancho de banda de la luz que será seleccionada del espectro de dispersión. Aumentando el ancho de la rendija de salida, el ancho de banda de la luz emergente se hace más amplio, con lo cual aumenta la intensidad de la energía, pero disminuye la pureza espectral.

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

En los monocromadores de red de difracción, la rendija de salida puede ser fija, lo que resulta en un paso de banda constante. Por el contrario, en los monocromadores de prisma, la rendija de salida es variable.

 Cubetas

Es el recipiente donde se coloca la muestra para la medición espectrofotométrica.  Formas. Pueden ser redondas, cuadradas, o rectangulares, y de tamaño menor o mayor. Habitualmente tienen 1 cm de paso de luz. Se obtienen mejores resultados trabajando con las cubetas de lados paralelos, a ser posible fundidas en lugar de cementadas. Las de forma redonda se deben marcar e introducir en el aparato siempre en la misma posición.  Materiales. La mayoría están fabricadas en vidrio, lo cual permite trabajar satisfactoriamente entre longitudes de onda que van de 320 a 950 nm. También existen cubetas de plástico. Para medidas por debajo de 320 nm Ultravioleta Visible es necesario emplear cubetas de cuarzo, que también se podrían emplear para mediciones a longitudes de onda superiores, pero su costo lo desaconseja. La sustancia mas comúnmente empleada para las ventanas de las celdas para la región infrarroja es el cloruro de sodio cristalino, también pueden usarse con este fin los demás materiales transparentes al infrarrojo.

 Sistemas de detección Existen dos tipos de detectores empleados tanto en las regiones del visible como del UV: células fotovoltaicas y fototubos. La elección de uno u otro sistema depende fundamentalmente de la energía radiante de que se disponga. Si se han empleado como selectores filtros o monocromadores de baja dispersión, éstos proporcionarán un haz de luz de suficiente energía como para emplear células fotovoltaicas. Si se emplean monocromadores de elevado poder resolutivo, hay que recurrir a fotomultiplicadores para la detección.

1. Células fotovoltaicas, en las que la energía radiante genera una corriente en la interfase entre una capa semiconductora y un metal.
2. Fototubos, en los que la radiación causa la emisión de electrones a partir de una superficie sólida fotosensible.
3. Tubos fotomultiplicadores, que contienen una superficie fotoemisora así como varias superficies adicionales, las cuales emiten una cascada de electrones cuando son alcanzadas por los electrones procedentes del área fotosensible.
4. Detectores de fotoconductividad, en los que la absorción de la radiación por un Semiconducto produce electrones y agujeros, dando lugar, así a un aumento de conductividad.
5. Fotodiodos de silicio, el los que los fotones aumentan la conductancia.

Detectores de calor utilizados para medir la radiación infrarroja.

1. Detectores térmicos.
2. Termopares
3. Detectores piroeléctricos

 Sistemas de presentación de datos La energía eléctrica del detector se refleja en sistemas de lectura y presentación de datos. Estos pueden ser sistemas de lectura directa, que suelen ir aplicados a aparatos con detectores del tipo fotocélulas, o bien pueden introducir amplificadores de señal, como ocurre en los aparatos con fototubos.

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

Aplicaciones:

• Sustancias orgánicas que contienen uno o dos grupos cromóforos (responsables del color). Doble ligadura alternada. Ej. compuestos aromáticos; el benceno, alquenos , alquinos, grupos carbonilos, carboxilo, amido, azo, nitro, nitroso, nitrato.
• Especies no absorbentes se pueden transformar en absorbentes haciéndolas reaccionar con reactivos cromógenos.
• Reactivos inorgánicos: SCN- para hierro, cobalto y molibdeno., agua oxigenada para titanio y cromo y yoduro para bismuto y paladio.
• Reactivos orgánicos del tipo quelantes: 1 - 10 fenantrolina paracatión ferroso; dimetilglioxima para niquel, dimetiltiocarbazona para plomo y dimetiltiocarbamato para cobre.
• Compuestos aromáticos carácter cancerígeno,alimentos, bebidas, cigarrillos.
• Productos naturales con esteroides y clorofila.
• Sustancias colorantes. Vitaminas (vit. A).
• Estructuras aromáticas quinónicas.
• Investigación de fotosíntesis y tejidos vivos.
• Impurezas en muestras orgánicas , residuos de plantas industriales.
• Determinación de pesticidas en plantas, ríos y animales.
• En medicina : análisis de enzimas, vitaminas, hormonas, esteroides, alcaloides, barbitúricos (diagnóstico de enfermedades).
• En farmacia : pureza de productos manufacturados.
• Nitritos, Nitratos, ( en agua, carnes).
• Oligoelementos en plantas.
• Conformación de proteínas globulares.
• Determinación enzimática de glucosa en vinos.

APLICACIONES EN EL INFRAROJO No se utiliza casi en el análisis cuantitativo por desviaciones de la ley de Beer por tener picos muy estrechos. Se basa en el comportamiento y características estructurales de las moléculas. Puesto que las moléculas distintas producen espectros de absorción diferentes, según el tamaño y forma de los átomos que las componen, es posible identificar muestras desconocidas comparando sus espectros de absorción con los distintos grupos funcionales. También es posible obtener información acerca de la geometría molecular. Identificación y determinación de sustancias orgánicas: Identificación grupos funcionales. Impurezas de materias primas - en industria control de calidad laboratorio de investigación

• determinación de parafinas, compuestos aromáticos, olefinas, acetileno, alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, fenoles, ésteres, éteres, aminas, compuestos de azufre o haluros.
• determinar compuestos responsables de olor y sabor en alimentos.
• distinguir un polímero de otro.
• distinguir disolvente usado en pinturas.
• ceras de suelos - muebles. Valioso: -Caracterizar sustancias puras. -Caracterizar mezclas de compuestos.

Limitaciones del infrarrojo:

• no usar para determinar pesos moleculares

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

• no determina posiciones relativas de los distintos grupos funcionales.
• no diferencia compuestos puros de mezclas con un solo espectro. Ej: mezcla de parafinas y alcoholes da igual que alcohol de peso molecular más elevado.

GUÍA TEÓRICA N° INTRODUCCIÓN A LA ESPECTROSCOPIA ESPECTROSCOPIA MOLECULAR: UV-Vis-IR

1. Defina los siguientes conceptos:

Espectroscopía:

Radiación electromagnética:

Longitud de onda:

Frecuencia:

Potencia de la radiación:

Proceso de absorción de energía:

2) Definir transmitancia y absorbancia. ¿Qué relación existe entre estos términos?

3) Enunciar la ley de Lambert – Beer. Escribir la expresión matemática correspondiente.

4) Indique los factores que ocasionan las desviaciones de la ley de Beer.

5) Esquematice un espectrofotómetro de simple y de doble haz. Señale sus partes.

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

TRABAJO PRÁCTICO Nº 10

E S P E C T R O S C O P I A M O L E C U L A R

La espectroscopía es una ciencia que estudia las interacciones que suceden entre la radiación y la materia. Las técnicas espectrales más habituales son: a) Espectroscopía Molecular: Absorción en Ultravioleta (UV), Visible (V) e Infrarrojo (IR) b) Espectroscopia Atómica: Absorción Emisión (Fotometría de llama)

Naturaleza de la radiación electromagnética La radiación electromagnética también denominada energía radiante, es una clase de energía que se transmite por el espacio a enormes velocidades. La luz y otras formas de energía radiante parecen tener naturaleza dual. La radiación electromagnética puede considerarse como una onda que viaja a la velocidad de la luz.

Parámetros ondulatorios:  Longitud de onda (  ): es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas  Frecuencia (  ): Es el número de oscilaciones en el campo o ciclos por segundo. Es inversa a la longitud de onda.  Número de onda (^)  , es el inverso de la longitud de onda en cm (1/).  Potencia ( P) de la radiación es la energía en watts (W) del haz que llega a un área dada por segundo,  intensidad ( I ) es la potencia por unidad de ángulo sólido.

Carácter energético: algunas propiedades de la radiación electromagnética se explican mejor si se considera que se encuentra constituida por partículas discretas o paquetes ondulatorios de energía, conocidas como fotones. La relación entre la longitud de onda y la energía de una radiación electromagnética es inversa, de manera que cuanto mayor es la longitud de onda de un haz de luz, menor es su energía. El espectro electromagnético es el conjunto de todas las radiaciones electromagnéticas conocidas, dispuestas según su longitud de onda. Se divide en regiones que abarcan intervalos de longitudes de onda más estrechos, desde los rayos gamma, de longitud de onda corta, hasta las ondas de radio, de longitud de onda larga.

Fenómenos de interacción entre luz y materia: Como resultado de esto se producen, entre otros, fenómenos de absorción o emisión energética.

Cátedra de Química Analítica Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA

 Proceso de absorción: cuando una partícula, que se encuentra en “estado de reposo” o “estado fundamental” , interacciona con un haz de luz, absorbe energía, y pasa a lo que se denomina “estado excitado”. La partícula en estado excitado tiende a regresar espontáneamente a su estado fundamental, desprendiendo la energía absorbida en forma de calor.  Proceso de emisión: algunos compuestos tienen la propiedad, tras ser excitados, de retornar a su estado fundamental, produciendo una emisión de energía electromagnética. La luz emitida se puede medir, y ello constituye el principio de algunas técnicas, como la Fotometría de llama.

Ley de absorción En la Figura 1 se representa un haz de radiación paralela, antes y después de haber atravesado una capa de b cm de grosor de una solución de una especie absorbente de concentración c. La flecha más grande en el rayo incidente significa que la energía radiante es mayor que la transmitida por la solución. b

Fig. 1 Atenuación de un haz de radiación por una solución absorbente. Como puede verse, debido a las interacciones que suceden entre los fotones y las partículas absorbentes, la absorción de la radiación atenúa, es decir disminuye la energía, del rayo incidente desde P 0 hasta P.  Transmitancia, T : es la fracción de radiación incidente transmitida por la solución. A menudo, se expresa la transmitancia como un porcentaje.

• Absorbancia, A: es una medida que relaciona en forma logarítmica la radiación incidente y la que emite la muestra. Esto es:

La relación logarítmica entre A y %T se traduce en dos escalas: %T  va de 0 a 100 A  va de 2 a 0 En la práctica se emplea, en lugar del valor de Transmitancia, el de Absorbancia (A), ya que la relación entre la concentración de una solución y su Transmitancia es inversa y logarítmica, mientras que la relación entre la Absorbancia y concentración es directamente proporcional. Si representamos gráficamente en un eje de coordenadas la relación entre la Absorbancia y concentración, obtenemos una línea recta, y la proporción es directa. La gráfica resultante de representar %T frente a concentración es una curva, y la proporción es inversa.

Solución absorbente de concentración c

P 0 P

P 0

T  P %.^100

P 0

T  P

P

logP^0 P 0

A logTlogP 